Разработка методов расчёта и моделирование малообъёмных роторных дезинтеграторов- смесителей
На правах рукописи
НИКОЛАЕВ ЕВГЕНИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЁТА И МОДЕЛИРОВАНИЕ МАЛООБЪЁМНЫХ РОТОРНЫХ ДЕЗИНТЕГРАТОРОВ- СМЕСИТЕЛЕЙ
Специальность 05.17.08 - “Процессы и аппараты химических технологий”
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Уфа - 2008
Работа выполнена на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке.
| Научный руководитель | доктор технических наук, профессор Шулаев Николай Сергеевич. |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Умергалин Талгат Галеевич; |
| кандидат технических наук Лактионов Алексей Алексеевич. | |
| Ведущая организация | ОАО «Сода», г. Стерлитамак. |
Защита состоится «24» сентября 2008 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Автореферат разослан «___» _____ 2008 года.
Ученый секретарь совета Абдульминев К.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Перемешивание в жидких средах является одним из наиболее распространённых способов организации и интенсификации процессов в различных отраслях промышленности.
Всё чаще процесс смешения рассматривают как целостную химико-технологическую систему, в которой оборудование является центральным звеном. К такому оборудованию предъявляются требования обеспечения непрерывности технологического процесса, регулирования параметров смешения в широком диапазоне, простоты и надёжности аппаратурного оформления.
К перспективным аппаратам смешения, отвечающим вышеперечисленным требованиям и имеющим небольшие габариты при высокой производительности, относятся малообъёмные роторные смесители. Отличительная особенность данных смесителей – это возможность достижения значительных величин деформаций и напряжений сдвига, обеспечивающих существенное увеличение поверхности раздела смешиваемых компонентов, концентрацию значительного количества энергии в малых объёмах оборудования, что обусловливает высокое качество смешения. Среди малообъёмных роторных смесителей широкое распространение получили различные варианты конструктивного исполнения роторно-пульсационных аппаратов.
Разработка и совершенствование конструкций малообъёмных роторных смесителей для интенсификации процессов химических технологий являются актуальной проблемой. Решение этой проблемы невозможно без понимания и адекватного описания совокупности физико-химических явлений, происходящих в технологических установках, и влияния конструктивных параметров аппаратов на эти процессы. В связи с этим особую актуальность приобретает разработка методов расчета и математического моделирования смесительных аппаратов, что позволит проектировать и создавать оптимальные конструкции для конкретных технологических процессов.
Учитывая сложность протекающих процессов при обработке жидких сред в малообъёмных роторных смесителях, оценивать эффективность процессов смешения целесообразно с точки зрения энергозатрат, которые в данном случае наиболее полно соответствуют количественным характеристикам проводимого процесса и определяют изменения свойств обрабатываемой среды.
Цели работы:
Разработка конструкции малообъёмного роторного смесителя для перемешивания неоднородных сред. Создание математической модели, связывающей основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды с затратами мощности, необходимой для достижения заданных значений степени диспергирования.
Основные задачи исследования:
- Разработка конструкции малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя для перемешивания неоднородных сред.
- Создание математической модели, связывающей основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды с затратами мощности.
- Разработка экспериментальной установки для исследования малообъемных роторных дезинтеграторов-смесителей;
- Исследование возможности применения предложенной математической модели на практике.
- Проведение экспериментальных исследований малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя в конкретных процессах химической технологии с целью оптимизации технологических режимов и внедрения в производство.
Научная новизна
Разработана математическая модель, связывающая основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды с затратами мощности. Экспериментально установлены факторы, влияющие на обработку неоднородных сред в малообъёмных роторных дезинтеграторах-смесителях для процессов карбонизации содового и кальцийсодержащего растворов, а также очистки дихлорэтана от побочных продуктов. Определены оптимальные по энергозатратам скорости вращения ротора, величины зазоров между вращающимися и неподвижными дисками и количество рабочих ступеней аппарата.
Практическая значимость
Разработана конструкция малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя (патенты РФ № 59441, № 60880, № 64943, № 66228), использование которого позволит повысить эффективность процессов смешения и массообмена.
Применительно к производственным условиям Стерлитамакского ОАО «Каустик» по результатам разработки внедрены:
- Малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель в процессе удаления побочных продуктов из дихлорэтана в производстве винилхлорида.
- Малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель в процессе карбонизации стоков гипохлорита кальция с получением химически осаждённого мела.
Применительно к производственным условиям ООО «Стерлитамакский завод катализаторов» по результатам разработки внедрен малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель в процессе растворения парамолибдата аммония и нитрата никеля (II).
Достоверность и обоснованность
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается использованной в ней нормативной базой, обоснованно апробированными современными экспериментальными и расчётными методами, сходимостью экспериментальных и расчётных данных.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались:
- На Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех - 2006» (г. Ухта, 2006 г.);
- Всероссийской научно-практической конференции «Роль науки в развитии топливно – энергетического комплекса» (г. Уфа, 2007 г.);
- ХI региональном конкурсе научных работ молодых ученых, аспирантов и студентов вузов Приволжского федерального округа (г. Уфа, 2007 г.);
- IV Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности»
(г. Санкт-Петербург, 2007 г.).
Публикации
Основное содержание работы изложено в 15 публикациях, 4 из которых - патенты РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, основных выводов, списка использованных источников из 116 наименований и приложений. Общий объём диссертации составляет 117 страниц (без учёта приложений), содержит 44 рисунка и 14 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность работы, ее научная и практическая значимость, сформулированы основные задачи исследований и положения, которые выносятся на защиту.
В первой главе рассмотрены основные показатели процесса перемешивания. Дан краткий анализ конструкций дисковых мешалок, аппаратов и устройств с рабочими элементами в виде дисков. Показано, что рассмотренным конструкциям присущи следующие недостатки: невысокая производительность из-за низкой пропускной способности отдельных элементов аппарата; неэффективное воздействие на обрабатываемую среду со стороны рабочих органов аппарата; невозможность оперативного изменения параметров обработки среды (например, изменение зазора между дисками); повышенное потребление мощности на преодоление гидродинамических сопротивлений из-за наличия выступающих частей над дисками; узкая область применения (например, только для систем «жидкость-жидкость» или «жидкость-твёрдое тело»); сложность конструкции аппарата.
Разработанная конструкция малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя позволяет свести к минимуму вышеперечисленные недостатки. Предлагаемый малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель состоит из загрузочного и разгрузочного патрубка, неподвижного цилиндрического корпуса, в объёме которого жёстко зафиксированы перфорированные диски, расположенные поочерёдно с аналогичными по конструкции перфорированными дисками, закреплёнными на вращающемся роторе (рисунок 1). Отверстия перфорированных дисков могут быть ориентированы под различным углом в направлении от центра к периферии. На рисунке 1 отверстия ориентированы под углом 45°. Пара, состоящая из одного подвижного и одного неподвижного диска, составляет рабочую ступень аппарата.
Малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель выполнен с возможностью регулирования зазора между подвижными и неподвижными перфорированными дисками с помощью регулирующего устройства.
Малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель работает следующим образом. Под действием массовых сил или искусственно создаваемого избыточного давления обрабатываемая смесь перемещается от загрузочного патрубка к разгрузочному патрубку. При движении через перфорированные диски обрабатываемая смесь подвергается интенсивному механическому и гидродинамическому воздействию с проведением процесса диспергирования и перемешивания. Интенсивность механического воздействия достигается относительно высокой частотой вращения ротора и возникающим в связи с этим высокотурбулентным движением обрабатываемой среды в зазорах между вращающимися и неподвижными перфорированными дисками и за счёт принудительного перекрытия каналов течения обрабатываемой среды с возникновением значительных значений
градиента скорости и давления.
а) б)
1 – загрузочный патрубок, 2 - разгрузочный патрубок, 3 - неподвижный цилиндрический корпус, 4 - перфорированные диски, 5 – регулирующее устройство
Рисунок 1 – Малообъёмный роторный дезинтегратор-смеситель (а) и вариант исполнения его перфорированного диска (б)
Отверстия в роторе и статоре, создавая осевой поток, непрерывно ориентируют элементы объёма среды перпендикулярно направлению сдвигового воздействия, а также дробят потоки на малые объемы, способствуя значительному увеличению площади поверхности раздела и равномерному распределению элементов объема обрабатываемой смеси в аппарате. Кроме того, поскольку материал обрабатывается в малом зазоре, в нем возникают большие скорости сдвига, что позволяет достичь высокой интенсивности деформационного воздействия.
Возможность изменения величины зазора между вращающимися и неподвижными дисками с помощью перемещения ротора в вертикальном направлении посредством вращения регулировочной гайки, позволит получать на выходе из аппарата дисперсные частицы требуемых размеров.
Во второй главе описывается разработка математической модели для малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей.
В качестве критерия эффективности процесса смешения выбран удельный расход энергии, который наиболее полно соответствует количественным характеристикам проводимого процесса и проявляется в изменениях свойств обрабатываемой среды.
При разработке математической модели рассматривался случай движения жидкости в аппарате, когда один диск вращается, а второй неподвижен. На рисунке 2 приведена схема движения жидкости в зазоре между двумя перфорированными дисками малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя. Течение вязкой несжимаемой жидкости между проницаемыми дисками стационарное. Движение жидкости представлено в цилиндрической системе координат r,, z, причем ось z совпадает с осью вала.
1 – неподвижный диск, 2 – вращающийся диск
Рисунок 2 – Схема движения жидкости в зазоре между двумя дисками малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя
Для решения задачи о движении жидкости введены некоторые допущения:
1 Учитывая осевую симметрию (ось z совпадает с осью вала), 
.
2 Зазоры между валом и дисками, дисками и корпусом настолько малы, что течением жидкости через эти зазоры пренебрегаем, в этом случае составляющая скорости по оси r равна нулю 
.
3 Отверстия в дисках не вносят заметных возмущений в картину течения.
4 Движение жидкости установившееся, т.е. 
.
5 Массовыми силами пренебрегли, т.е. Fr= Fz= F=0.
С учётом введённых допущений из уравнения движения вязкой жидкости и уравнения непрерывности, записанных в цилиндрической системе координат, были определены составляющие скорости 
и 
, м/с.
, (1)
| где | G | - | массовый расход обрабатываемой смеси, кг/с; |
| - | плотность смеси, кг/м3; | ||
| n | - | число отверстий на диске; | |
| Sотв | - | площадь каждого отверстия диска, м2. |
;
, (2)
| где | - | угловая скорость вала, с-1; | |
| RД | - | радиус диска, м; | |
| RВ | - | радиус вала, м. | |
| h | - | величина зазора между подвижным и неподвижным диском, м. |
, (3)
| где | - | динамический коэффициент вязкости, Па·с. |
На рисунках 3 и 4 представлены графические зависимости, характеризующие
изменение скорости 
в зазоре между дисками.
 Рисунок 3 – График зависимости  от r |  Рисунок 4 – График зависимости  от z |
Диссипируемая мощность N, Вт определяется соотношением
, (4)
из которого следует
, (5)
где 
осевой критерий Рейнольдса.
Кроме диссипируемой в аппарате мощности, необходимо учитывать мощность, затрачиваемую на транспортировку обрабатываемой среды через аппарат.
, (6)
| где | rj | - | расстояние от центра вала до центра j отверстия диска (1 j n). |
Суммируя выражения (5) и (6) для многоступенчатого малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя можно получить соотношение, связывающее основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды:
, (7)
| где | i | - | число ступеней (зазоров) между неподвижными и вращающимися дисками, 1ik; |
| ni | - | число отверстий i диска; | |
| Sотвi | - | площадь отверстия i диска, м2 | |
| hi | - | величина зазора между дисками i ступени, м |
В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований, целями которых явились:
- проверка адекватности математической модели, описывающей связь потребляемой мощности на обработку жидких сред с конструктивными параметрами роторных дезинтеграторов-смесителей, разработанной в рамках указанных выше допущений;
- обоснование перспективности применения роторного дезинтегратора-смесителя для осуществления процессов карбонизации содового и кальцийсодержащего раствора, в процессе смешения дихлорэтана с щёлочью, а также исследование закономерностей проведения данных процессов.
На экспериментальной установке, предназначенной для исследования энергетических характеристик малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей, были испытаны четыре конструкции роторных дезинтеграторов-смесителей, характеристики которых представлены таблице 1. Аппараты были изготовлены с возможностью изменения величины зазора между вращающимися и неподвижными перфорированными дисками.
В качестве обрабатываемой среды использовались вода (=998,1 кг/м3; =10-3 Па·с), массовый расход которой поддерживался равным Gв=3,5·10-2кг/с, и минеральное масло (=915,4 кг/м3; =36,6 ·10-3 Па·с), массовый расход которого поддерживался равным Gм=1,1·10-3кг/с.
Таблица 1 - Характеристики опытных аппаратов
| Номер аппарата | ni | Sотвi, м2 | i | RД, м | RВ, м |
| 1 | 16 | 17,66·10-5 | 3 | 6,125·10-2 | 9·10-3 |
| 2 | 22 | 11,30·10-5 | 5 | 7,0·10-2 | 9·10-3 |
| 3 | 20 | 25,43·10-5 | 1 | 8,0·10-2 | 12·10-3 |
| 4 | 10 | 61,54·10-5 | 3 | 7,7·10-2 | 12·10-3 |
В ходе исследований менялась скорость вращения вала, замерялись сила тока I (А) и напряжение U (В), рассчитывалась потребляемая мощность N (Вт). Эксперименты проводили для различных значений величин зазора h (м) между неподвижными и вращающимися дисками аппарата.
1 т – теоретические (расчётные) значения при h1=h3=1·10-3 м, h2=9·10-3 м,
1 э – экспериментальные значения при h1=h3=1·10-3 м, h2=9·10-3 м,
2 т – теоретические (расчётные) значения при h1=h3=2·10-3 м, h2=8·10-3 м,
2 э – экспериментальные значения при h1=h3=2·10-3 м, h2=8·10-3 м,
3 т – теоретические (расчётные) значения при h1=h3=4·10-3 м, h2=6·10-3 м,
3 э – экспериментальные значения при h1=h3=4·10-3 м, h2=6·10-3 м
Рисунок 5 – Графики теоретических и экспериментальных зависимостей потребляемой мощности от числа оборотов вала для различных зазоров между неподвижными и вращающимися дисками аппарата № 1
Сравнение полученных результатов показало, что расхождение найденных экспериментально и теоретически рассчитанных значений мощности для всех четырёх аппаратов не превышало 10%. Таким образом, предложенная зависимость для расчёта потребляемой мощности малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей с достаточной степенью точности может быть использована при проектировании конструкций и оптимизации параметров работы малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей.
Экспериментальные исследования по карбонизации содового раствора проводились на установке, изображённой на рисунке 6, с роторным дезинтегратором-смесителем, выполненным с возможностью изменения зазора между дисками рабочих ступеней, имеющим две рабочие ступени и следующие конструктивные параметры: RД=6,125·10-2м; RВ=8,5·10-3м; ni=16; Sотвi=17,66·10-5 м2.
1 – роторный дезинтегратор-смеситель, 2 – электродвигатель, 3 – механизм регулирования зазора между рабочими элементами аппарата, 4 – преобразователь частоты вращения электродвигателя, 5 – баллон углекислого газа, 6 – редуктор баллона углекислого газа, 7 – реометр влажный, 8 – ёмкость газоотделения (сепаратор), 9 – ёмкость с насосом, 10 – адсорбер с цеолитом КА (размер пор 3А°), 11 – реометр сухой
Рисунок 6 - Схема экспериментальной установки
1 - =870 об/мин, 2 - =1200 об/мин, 3 - =1400 об/мин, 4 - =1680 об/мин
Рисунок 7 - Концентрация бикарбоната натрия в растворе в зависимости от времени обработки содового раствора в аппарате при различной скорости вращения ротора аппарата
1- h=0,5·10-3 м; 2- h=1,0·10-3 м; 3- h=3,0·10-3 м; 4- h=5,0·10-3 м
Рисунок 8 - Концентрация бикарбоната натрия в растворе в зависимости от времени обработки содового раствора в аппарате при различных величинах зазора между рабочими элементами аппарата
1- h=0,5·10-3 м; 2- h=1,0·10-3 м; 3- h=3,0·10-3 м; 4- h=5,0·10-3 м
Рисунок 9 - Графики зависимостей потребляемой мощности от числа оборотов вала при различных значениях величины зазоров между рабочими элементами аппарата
В ходе экспериментальных исследований было выявлено, что при увеличении скорости вращения ротора процесс карбонизации проходит интенсивнее (рисунок 7). Это связано с увеличением воздействия рабочих элементов на обрабатываемую среду с возникновением развитого турбулентного движения смеси в аппарате, интенсификации влияния сдвиговых напряжений и, как следствие, более тонкого диспергирования газа. Как видно из рисунка 9, увеличение скорости вращения ротора более 1400 об/мин приводило к резкому увеличению потребляемой мощности, при этом выход бикарбоната натрия увеличивался незначительно (кривые 3 и 4 на рисунке 7). Таким образом, целесообразнее было проводить карбонизацию содового раствора при числе оборотов ротора n=1400 об/мин, чем при n=1680 об/мин.
С уменьшением величины зазора между вращающимися и неподвижными дисками аппарата эффективность использования диоксида углерода возрастала, это происходило вследствие интенсификации сдвигового воздействия на обрабатываемую среду. Ординаты кривых 3 и 4 на рисунке 8 свидетельствуют о том, что рост бикарбоната натрия для зазоров h=1 мм и h=0,5 мм отличается незначительно. При этом потребляемая мощность при зазоре h=0,5 мм (при n>1400 об/мин) значительно превышала потребляемую мощность для зазора h=1,0 мм. Кроме того, уменьшение величины зазора повышает требования к изготовлению и эксплуатации аппарата. Таким образом, для рассмотренного случая оптимальная величина зазора h=1,0 мм.
Экспериментальные исследования по обработке кальцийсодержащих стоков с получением химически осажденного карбоната кальция проводились на установке с роторным дезинтегратором-смесителем, выполненным с возможностью изменения числа ступеней и имеющим следующие конструктивные параметры: RД=6,125·10-2м; RВ=8,5·10-3м; ni=16; Sотвi=17,66·10-5 м2; h=1 мм.
Анализ полученных в ходе экспериментальных исследований графических данных (рисунок 11) показал, что для аппарата с числом ступеней, равным трём и четырём, при числе оборотов ротора свыше 1700-1800 об/мин, наблюдалось прекращение роста массовой доли карбоната кальция в суспензии. Кривые зависимости массовой доли карбоната кальция от числа оборотов ротора для аппарата с тремя и четырьмя ступенями в интервале 1700-2000 об/мин отличались не более чем на 5% по величине массовой доли карбоната кальция. На графике же зависимости потребляемой мощности от числа оборотов ротора (рисунок 10) в интервале 1700-2000 об/мин значение мощности для аппарата с тремя и четырьмя ступенями отличалось в 1,6-1,8 раз. Таким образом, с учётом затрат мощности оптимальный режим работы аппарата наблюдался при числе оборотов ротора 1700-1800 об/мин при трёх ступенях аппарата.
1 – одна ступень, 2 – две ступени, 3 – три ступени, 4 – четыре ступени
Рисунок 10 - Графики зависимостей потребляемой мощности от числа оборотов ротора для различных чисел ступеней
1 – одна ступень, 2 – две ступени, 3 – три ступени, 4 – четыре ступени
Рисунок 11 – График изменения массовой доли карбоната кальция от числа оборотов ротора для различных чисел ступеней
В роторном дезинтеграторе-смесителе с тремя рабочими ступенями при частоте вращения ротора в 1700 об/мин проводили карбонизацию реальных стоков производства гипохлорита кальция с концентрацией гидроксида кальция (СaOH2) - 112 г/л. Полученную меловую суспензию промывали дистиллированной водой от хлоридов натрия и фильтровали на лабораторном вакуум-фильтре. Осадок просушивали в печи и пропускали через лабораторную валковую дробилку.
В результате был получен образец химически осажденного мела, показатели которого максимально приближены к аналогичным показателям мела первого сорта по ГОСТ 8253-79.
Экспериментальные исследования по очистке дихлорэтана (ДХЭ) от побочных продуктов в производстве винилхлорида проводились на установке со следующими параметрами роторного дезинтегратора-смесителя: RД=0,12 м, ni=20, Sотвi=7,07·10-4 м2, с возможностью изменения числа ступеней - от 2 до 4, величины зазора - от 4 до 10 мм и регулировкой частоты вращения ротора в интервале 400 - 2950 об/мин. Способ очистки ДХЭ от побочных продуктов - смешение его с раствором щёлочи (NaOH).
На рисунке 12 показана схема узла нейтрализации и отмывки, где смешение ДХЭ с щёлочью происходило в сопловом смесительном устройстве. На рисунке 13 показано, что нейтрализация ДХЭ происходила в малообъёмном роторном дезинтеграторе-смесителе.
Рисунок 12 – Схема узла нейтрализации и отмывки ДХЭ
Рисунок 13 – Схема узла нейтрализации и отмывки ДХЭ с малообъёмным роторным дезинтегратором-смесителем
В ходе испытаний для каждого параметра (например, число ступеней равно 2, h=4мм, n=600об/мин) определялся расход щёлочи - gmini м3/ч, обеспечивающий при данных условиях полную нейтрализацию побочных продуктов, регистрировалась мощность, потребляемая электродвигателем смесителя - Ni. Каждое значение gmini сравнивалось с теоретически найденным минимальным значением расхода gТ=0,0225 м3/ч, необходимым для полной нейтрализации побочных продуктов. По значению 
, соотнесённому с выражением 
(где щёл – плотность щёлочи, кг/м3), строили графические зависимости для различных значений зазоров hi и различных чисел ступеней аппарата. Полученные графические зависимости характеризовали эффективность процесса смешения ДХЭ с щёлочью. При большем значении отношения 
и меньшем значении затрачиваемой мощности N, приведённой к массовому расходу 
, эффективность процесса возрастала. По графическим зависимостям судили об оптимальных параметрах работы малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя.
Из полученных графических зависимостей, были найдены оптимальные рабочие параметры - число ступеней равно трём, величина зазора h=6 мм, число оборотов ротора n=1200-1300 об/мин (рисунок 14). При этом минимальный расход щёлочи, необходимый для полной нейтрализации побочных продуктов, составил gmin=33,9 м3/ч, а потребляемая на перемешивание мощность N = 1020 Вт.
При выбранных оптимальных параметрах аппарата расход щёлочи на полную нейтрализацию побочных продуктов снизился на 23,6%. Кроме того, использование малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя позволило исключить из технологической схемы ёмкость Е-1 и насос H-1, тем самым упростив технологическую схему и повысив при этом качество целевого продукта.
1 - h=4·10-3 м, 2 - h=6·10-3 м, 3 - h=8·10-3 м, 4 - h=10·10-3 м
Рисунок 14 – Зависимость Qi от ni для различных значений зазоров при числе ступеней, равном трём
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
- Разработана конструкция малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя для перемешивания неоднородных сред.
- Создана математическая модель, связывающая основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды с затратами мощности. Показано, что затраты мощности возрастают пропорционально квадрату скорости вращения ротора и четвёртой степени диаметра дисков.
- Разработана экспериментальная установка для исследования малообъемных роторных дезинтеграторов-смесителей.
- Исследованы возможности применения предложенной математической модели на практике, в ходе которых выявлено, что расхождение найденных экспериментально и теоретически рассчитанных значений потребляемой мощности не превышает 10%.
- Проведены экспериментальные исследования малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя в процессах карбонизации содового и кальцийсодержащего растворов, а также очистки дихлорэтана от побочных продуктов. Экспериментально установлены факторы, влияющие на обработку неоднородных сред. Определены оптимальные по энергозатратам скорости вращения ротора, величины зазоров между вращающимися и неподвижными дисками и количество рабочих ступеней аппарата.
Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:
- Пат. на полезную модель № 59441 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторный дезинтегратор - смеситель / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Иванов С.П., Боев Е.В., Бикбулатов И.Х., Боев А.В.; заявл. 14.08.06; опубл. 27.12.06, бюл. № 36.
- Пат. на полезную модель № 60880 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторный дезинтегратор - смеситель / Шулаев Н.С., Бикбулатов И.Х., Иванов С.П., Николаев Е.А., Боев Е.В.; заявл. 10.11.05; опубл. 10.02.07, бюл. № 4.
- Пат. на полезную модель № 64943 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторный дезинтегратор - смеситель / Шулаев Н.С., Иванов С.П., Николаев Е.А., Бикбулатов И.Х., Боев Е.В.; заявл. 26.02.07; опубл. 27.07.07, бюл. № 21.
- Пат. на полезную модель № 66228 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторно – дисковый дезинтегратор - смеситель / Николаев Е.А., Иванов С.П., Шулаев Н.С., Шириязданов Р.Р., Боев Е.В.; заявл. 03.05.07; опубл. 10.09.07, бюл. № 25.
- Шулаев Н.С. Определение мощности малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей при обработке жидких сред / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2008. - № 4. - С. 3-4.
- Шулаев Н.С. Смеситель для удаления побочных продуктов из дихлорэтана в производстве винилхлорида / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Булюкин П.Е., Шириязданов Р.Р. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2008. - № 3. - С. 52-54.
- Шулаев Н.С. Очистка стоков производства гипохлорита кальция в роторном дезинтеграторе-смесителе / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В., Шириязданов Р.Р., Афанасенко В.Г. // Экология и промышленность России. - 2008. - № 2. - С. 6-7.
- Шулаев Н.С. Разработка конструкции малообъемного роторно-дискового дезинтегратора-смесителя для получения гетерогенных смесей / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Иванов С.П., Боев Е.В. // Химическая промышленность сегодня. - 2008. - № 3. - С. 42-44.
- Шулаев Н.С. Роторный дезинтегратор-смеситель для проведения газожидкостных реакций на примере карбонизации содового раствора / Шулаев Н.С., Иванов С.П., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Химическая технология. - 2008. - № 4. - С. 173-176.
- Шулаев Н.С. Методика проведения испытаний малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя с целью получения энергетических характеристик / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Естественные и технические науки. - 2007. - № 3. - С. 183-184.
- Шулаев Н.С. Распределение потребляемой энергии в малообъёмных роторных дезинтеграторах-смесителях при обработке дисперсных систем / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Техника и технология.- 2007. - №3. - С. 105-106.
- Шулаев Н.С. Малообъемные роторные дезинтеграторы – смесители для химической промышленности. / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Севергеоэкотех - 2006: материалы VII Международной молодежной научной конференции. В 3 ч. - Ухта: УГТУ, 2006. - ч.1. - С. 280-282.
- Шулаев Н.С. Роторный дезинтегратор – смеситель для проведения массообменных процессов / Шулаев Н.С., Иванов С.П., Николаев Е.А., Афанасенко В.Г, Боев Е.В. // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: материалы Четвертой Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - Т.11. - С. 444-445.
- Шулаев Н.С. Универсальный малообъемный роторно – дисковый дезинтегратор – смеситель / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Иванов С.П., Боев Е.В., Афанасенко В.Г. // Роль науки в развитии топливно – энергетического комплекса: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: Изд-во ИПТЕР, 2007. - С. 255-256.
- Николаев Е.А. Перемешивание в системе жидкость-газ / Николаев Е.А., Шулаев Н.С. // Материалы ХI регионального конкурса научных работ молодых ученых, аспирантов и студентов вузов Приволжского федерального округа. - Уфа: Изд-во УГАТУ, 2007. - С. 140-141.
